РН-МЕТРИЯ ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ.

ЧАСТЬ 4. РН-КОНТРОЛЛЕРЫ. ОПИСАНИЕ САМОДЕЛЬНОГО ПРИБОРА.

Часть 1. Что можно сделать самому.

Часть 2. Рекомендации по выбору электродов.

Часть 3. Совершенно бесполезная. РН-электрод из лампочки.

Часть 4. РН-контроллеры.

В этой части описание самодельного рН-контроллера. Прибор собран в корпусе старого мультиметра, на фото его внешний вид и «внутренности»:

Основные характеристики следующие:

- Напряжение питания +/- 5 вольт (двухполярное), стабилизированное.

- Индикация - три семисегментных светодиодных индикатора.

- Диапазон измерений рН - от 0,00 до 9,99. Для расширения диапазона измерения до 14,00 необходимо добавить один индикатор. При этом есть возможность добавить функцию измерения потенциалов редокс- и ион-селективных электродов в диапазоне от -1999 до 1999 мВ.

- Точность прибора при определении рН не хуже 0,02 и определяется в основном точностью калибровки электрода.

- Точность удержания рН (гистерезис) – 0,03. Возможно изменение параметра.

- Установка значения рН и калибровка электрода осуществляется переменными резисторами.

- Прибор управляет 12-ти вольтовым клапаном СО2, при применении в  силовой части схемы пары «оптосимистор - мощный симистор»  возможно управление нагрузкой 220 вольт.

Принципиальная схема.

Увеличить >>>

Операционный усилитель А1 включен в качестве повторителя и обеспечивает высокое входное сопротивление (порядка 10¹²Ом). Усилители А2.1 и А3.1 преобразуют потенциал рН-электрода. На усилителе А2.2 собран источник напряжения, с которым сравнивается значение от рН-электрода и в зависимости от этого устанавливается положение клапана СО2. А3.2 – компаратор напряжения, если напряжение на 6-ой ножке превышает напряжение на 5-ой ножке, то клапан находится в режиме «вкл.». Резистор R19 образует петлю положительной обратной связи и исключает частое срабатывание реле. При номинале, указанном на схеме, гистерезис составляет около 0,03. При уменьшении сопротивления гистерезис увеличится, клапан будет срабатывать реже, но точность удержания рН будет чуть хуже. Переключателем SW1 прибор переводится из режима «Измерение рН» в режим «Установка». С этого переключателя сигнал через делитель напряжения поступает на вход АЦП.

Усилители А2, А3 – две микросхемы К157УД2. Их можно заменить любым операционным усилителем с подходящим напряжением питания. Усилитель А1 – СА3140Е, подойдут и другие с высокоомным входом. О возможных заменах можно посмотреть в первой части. Стабилитроны D1, D2 – любые маломощные на напряжение 2,5-2,7 вольт, D3 – любой кремниевый диод.

Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) собран на микросхеме ICL7107 (КР572ПВ2), при использовании ЖК-индикаторов необходимо использовать микросхему ICL7106 (КР572ПВ5). Параметры и варианты использования этих микросхем можно посмотреть в полном описании (pdf, 534 kb, англ.). В приборе использована схема на двухполярном напряжении +/- 5 вольт, при этом 30-ый вывод микросхемы соединяется с общим проводом. Светодиодные индикаторы - SA04-12 EVA или другие с общим анодом.

Увеличить >>>

Если необходимо управлять напряжением 220 вольт, то вместо оптрона АОТ127А и реле можно использовать оптосимистор MOC3052 или аналогичный и управляющий симистор соответствующей мощности (BT134,BT136 и др.) по следующей схеме:

Настройка и калибровка. После проверки правильности монтажа включить питание, установить переключатель SW1 в положение «Установка» и переменным резистором R14 установить на выходе усилителя А2.2 напряжение 700 мВ. Затем переменным резистором R3 (см. на схеме АЦП ICL7107) установить на индикаторе значение 7.00. На этом настройка АЦП завершена.

Для калибровки электрода установить переменный резистор R5 в среднее положение, перевести переключатель SW1 в положение «Измерение рН», опустить рН-электрод в калибровочный раствор с рН=7,0 и переменным резистором R10 установить показание прибора 7,00. Затем промыть электрод дистиллированной водой, опустить его в калибровочный раствор с рН=4,0 и переменным резистором R5 установить на дисплее 4,00.

После этого необходимо проверить точность срабатывания компаратора напряжения, диапазон включения и выключения клапана должен быть не более 0,02-0,03 от установленного значения рН.

Примечание:

1. Рисунок печатной платы не привожу, так как его, собственно, нет. Все сделано в черновом варианте с исправлениями прямо на плате. Кроме этого, разводку желательно сделать под конкретный корпус, переменные резисторы R5, R10, R14 удобнее вывести в одну линейку сбоку платы.

2. В приведенной схеме светодиодные индикаторы питаются от источника стабилизированного напряжения. Потребляемый ток может достигать 50-70 мА, что приводит к небольшому падению питающего напряжения. Это вызывает нестабильную работу АЦП, так как его показания зависят от опорного напряжения на 36-ой ноге ICL7107. Если изменение напряжения при работе индикатора более 0,5%, то напряжение на 36-ой ноге необходимо дополнительно стабилизировать или питать светодиодные индикаторы от своего стабилизатора на 5 вольт. При использовании ЖК-индикаторов проблем со стабильностью питания не будет.

3. Входную цепь от рН-электрода (разъем, резистор, неинвертирующий вход усилителя А1) желательно не паять на плату для уменьшения утечки тока, а выполнить ее «воздушным» монтажом.

4. Несколько слов о защите от наводок. Сам прибор оказался малочувствительным к таким помехам и даже не потребовал изготовления защитных металлических экранов и экранирующего корпуса, но электрод на электрическое поле реагирует. Причем от люминесцентных ламп на обычном дросселе и от ламп МГ на электромагнитном ПРА никаких наводок нет, а от ламп на ЭПРА помехи могут быть значительны. Проблему можно решить только нормальным заземлением оборудования (ЭПРА) или заземлением аквариума, подобно тому, как заземляют морские аквариумы титановым электродом. Только титан использовать в пресном аквариуме необязательно, вполне хватит нержавейки или вообще угольного электрода. С наводками я столкнулся только в одном аквариуме, где мощность освещения от ламп на ЭПРА около 300 ватт, в других аквариумах таких проблем не возникало. Показания прибора были стабильны и не менялись при включении и выключении оборудования.

Если у вас появятся вопросы или предложения по усовершенствованию схемы – пишите на E-mail.

2007 год, jusupoff